热流对超晶格结构热传导影响的分子动力学研究

超晶格材料的传热性能对其在热电设备、微电子以及光电子等领域的应用起决定性作用。本文采用非平衡态分子动力学方法研究了热流对超晶格结构热导率的影响。利用Tersoff势函数描述超晶格结构中Si粒子与Ge粒子的相互作用,建立了Si/Ge超晶格结构的稳态导热模型。通过分析热流方向上系统内部的温度分布,得出超晶格结构所施加热流的大小和方向都对热导率产生重大影响。研究结果表明:超晶格结构热导率随热流的增大而增大,并且当热流及温度升高到一定程度,超晶格结构可能会发生非傅里叶热传导现象;热流由Si薄膜流向Ge薄膜时超晶格结构热导率大于由Ge薄膜流向Si薄膜时的热导率。     

基于Matlab的紧束缚近似下面心立方晶格s态能带三维分析

鉴于许多金属如金、银、铜及半导体材料硅、锗等的晶格结构属于面心立方晶格,因此研究面心立方晶格的能带结构对金属与半导体材料性质的认识有着重要的意义.利用Matlab对面心立方晶格在紧束缚近似下的s态能带的等能面进行计算机模拟,得到简约布里渊区内的不同能量值等能面的三维清晰图像.其中,既有类似近自由电子的准球面,也有与实验获得的金属费米面相似的曲面,直观地展现了面心立方单晶s态能带在状态空间的结构形态.     

锗／硅短周期超晶格的X射线双晶衍射研究

用X射线双晶衍射对气源分子束外延(GS-MBE)制备的锗／硅短周期超晶格(SPS)样品进行了分析．所有样品的锗层厚度固定为1．5单原子层,而硅层厚度为1．4～3．8nm．对于硅层厚度小于2．4nm的样品来说,双晶衍射摇摆曲线中由超晶格引起的衍射峰较宽,而且看不到干涉引起的精细结构,这表明超晶格中可能存在位错及界面不平整．对硅层较厚(＞2．9nm)的样品,摇摆曲线中超晶格引起的衍射峰很窄,而且有明显的由干涉产生的精细结构,表明此时超晶格的质量较高,界面平整．对硅层厚度为2．1～2．9nm的样品,超晶格对应的衍射峰可以分解为两个宽度不等的子峰,但没有精细结构出现．这个区间与文献[1]报道的在荧光光谱发现的一个异常带出现区间完全相同．本实验的X射线双晶衍射测试与分析结果支持文献[1]提出的此异常带与局部应力场引起的外延层呈波浪状扭曲有关的结论。     

二维硅柱子光子晶体中的负折射及亚波长成像

在空气中放置三角格子硅柱子,构造了一种二维晶格结构．通过等频图分析及FDTD模拟,证明该晶格结构存在一个有效折射率为-1的频率．利用该晶格结构,设计了一个能形成一个非近场的像的超透镜．进一步的研究证明由该晶格结构构成的超透镜还具有亚波长成像的能力．     

定制非周期极化LiNbO3中多频率THz波的产生

描述一种非周期极化结构晶体中多频率太赫兹辐射波的产生.在此非周期结构的LiNbO3,超晶格中,基于飞秒脉冲二阶非线性光学整流效应,模拟多频率模式的太赫兹波形.通过选择最佳畴宽度,得到转换效率基本相等的3个主要太赫兹频率模式.该方法对多频率模式的个数无限制,且有助于多频率激光器中超晶格晶体的设计.     

锗烷浓度对非晶/微晶相变区硅锗薄膜结构及光电特性的影响

采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术,制备了一系列从非晶到微晶相变区硅锗合金薄膜,研究了锗烷浓度对相变区及相变边缘硅锗薄膜微观结构和光电特性的影响.结果表明,锗烷的加入抑制了晶态硅的生长,使硅锗合金薄膜发生从晶态到非晶结构的转变.相变区硅锗薄膜为富硅合金薄膜,表现为纳米硅晶粒镶嵌于非晶硅锗网络的微观结构.随着锗烷浓度增加,合金薄膜光学带隙Eopt逐渐减小,表征薄膜结构有序性的结构因子F,呈先减小后增加趋势.当锗烷浓度为9%时,硅锗合金薄膜处在非晶/微晶相变边缘,薄膜具有较高的致密性,光敏性接近104,适用于叠层薄膜太阳能电池器件吸光层应用.     

超晶格中的电子谱

对多年来超晶格多量子阱中的电子谱滤波及相关研究成果进行了总结、归纳,并研究了纳米面材料的电子滤波,超晶格多量子阱中的电子谱.叙述了周期超晶格和非周期超晶格中的电子透射和反射系数,介绍了外场下超晶格中的电子谱.外界条件可引起超晶格中内建电场的变化,进而引起隧穿电流的变化.     

单晶碳和锗薄膜热导率的分子动力学模拟

采用非平衡分子动力学(NEMD)方法分别模拟碳和锗纳米薄膜的法向热导率.模拟结果表明:厚度为2~5nm的碳晶体薄膜在温度为300~500 K的法向热导率显著小于对应的大体积晶体的实验值,并随薄膜厚度的增加而增加,法向热导率与薄膜厚度呈近似线性关系;厚度为2.8175~11.27nm的单晶锗纳米薄膜在温度为300~500 K时的法向热导也存在明显的尺寸效应,薄膜的热导率与其厚度呈近似线性关系,并且随着薄膜厚度的增加而增加.     

碳纳米管超晶格结构的第一性原理

针对掺杂N、B、Si的碳纳米管超晶格的电子结构及拉伸性能,运用第一性原理进行了相关研究.结果表明,碳纳米管超晶格会形成类似管状结构.不同掺杂元素导致碳纳米管超晶格的结构稳定性有所不同.碳纳米管经掺杂后,能带中的能隙由半导体性转变为金属性,且费米能级处的态密度值增大,表明碳纳米管超晶格的物理化学活性增强,而结构稳定性降低.对于碳纳米管超晶格而言,结构稳定性从高至低依次为3×1碳氮、1×1碳硼和3×1碳硼纳米管超晶格.     

单晶硅薄膜法向热导率的分子动力学模拟

结合卫星"微型核"的特点,用分子动力学模拟的方法研究了硅晶体的热导率与其厚度的依变关系.采用Tersoff势能函数,用非平衡分子动力学方法(NEMD)研究了温度为400 K和500 K,厚度为2.715~10.86 nm的单晶硅薄膜的热导率.模拟结果表明:在温度为400 K和500 K时,薄膜热导率的计算值均随厚度的增加而增加,并显著小于体硅的实验值,在模拟范围内法向热导率与薄膜厚度呈近视线性关系.模拟结果表现出明显的尺寸效应.厚度为2.715 nm和8.145 nm的单晶硅薄膜的热导率随着温度的升高反而下降,且厚度越大,下降趋势越明显.     

Mn3(Cu0.6Si0.15Ge0.25)N/Ag复合材料的负热膨胀与物理性能

采用机械球磨加固相烧结法合成Mn3(Cu0.6Si0.15Ge0.25)N/Ag复合材料。在77K-300K温度范围内,分别研究了Mn3(Cu0.6Si0.15Ge0.25)N/Ag复合材料的热膨胀性能,电导性能和热导性能。当含Ag量分别为1,5,10和20 wt%时,所有样品在有效的温度区间205K-275K表现出负热膨胀。随着Ag含量的增加,有效温度区间向室温方向移动。另外,和Mn3(Cu0.6Si0.15Ge0.25)N材料相比,Mn3(Cu0.6Si0.15Ge0.25)N/Ag复合材料具有更高的电导率1?0-6（Ohm.m）-1和热导率10.5W/(mK)。     

Molecular dynamics simulation of thermal conductivities of superlattice nanowires

Materials with low thermal conductivity, high electric conductivity and high Seebeck coeffi-cient are desirable for high performance solid-state thermoelectric devices. The performance of thermoelectric devices depends on the figure of merit ZT, given by 2(/),ZTSTsl= where , , , STsl are the Seebeck coefficient, absolute temperature, electrical conductivity and thermal conductivity, respectively. To compete with the phase change based energy conversion devices economically, materials with …     

纳米流体热导率试验

采用自行设计的瞬态热线装置，测试了不同种类纳米流体的热导率，分析研究了粒子体积分数、粒径、温度、分散剂等因素对纳米流体热导率的影响.结果表明，低体积分数纳米流体的热导率比基液有较大幅度的提高，最大可达40%左右；纳米流体的热导率随着粒径的增大而减小，随着粒子体积分数的增大、温度的升高而增加，且分散效果越好的纳米流体热导率越大.试验热导率值大于常规固液混合物的H-C模型预测值，表明纳米流体具有不同于一般固液混合物的独特的优良导热特性.     

玄武岩料床导热系数的计算方法和实验研究

分别通过计算和实验测量的方法给出了不同颗粒粒径玄武岩料床的导热系数,实验和计算结果显示,玄武岩颗料料床的导热系数随温度线性的增加,在温度较低时,颗粒粒径较小的玄武岩料床的导热系数大于粒径较大的料床的导热系数,随着温度的升高,小粒径料床的导热系数开始小于大粒径的料床的导热系数,根据实验结果,给出经玄武岩料床导热系数的线性回归公式,计算结果与实验结果的变化规律一致,二者数值上的差异不显著,计算方法也是可行的。     

Effects of Strains on Thermal Conductivity of Si/Ge Superlattices

The effect of strains on the thermal conductivity of Si/Ge superlattices was investigated by nonequilibrium molecular dynamics (NEMD) simulation. The thermal conductivities experienced a near linear drop with increasing tensile and compressive strains. It was explained by the fact that the decrease of the phonons velocities and a mass of structural defects generated under strains. Meanwhile, a theoretical calculation based on Modified-Callaway model was performed and it was found that the theoretical results were in good agreement with the molecular dynamics results.     

Si添加物对Li掺杂的Mg2(Ge,Sn)热电性能的影响

Mg₂(Ge, Sn)固溶体是一种环境友好型的中温(500~800 K)热电材料。目前n型Mg₂(Ge, Sn)热电材料的ZT值已经高达1.4,但p型Mg₂(Ge, Sn)的ZT值仅为0.5。本文在p型Mg_1.92Li_0.08Ge_0.4Sn_0.6中添加了少量Si元素以在材料中形成富Si相,利用其与基体的界面过滤低能载流子、降低热导率。采用两步固相反应、球磨和热压的方法制备Mg_1.92Li_0.08Ge_0.4Sn_0.6-xSi_x (x=0, 0.025, 0.05, 0.075, 0.1)样品,通过测试样品的热电输运参数,分析Si添加物对样品热电输运和性能的影响。结果表明:Si添加物能显著提高基体的功率因子,同时有效降低晶格热导率和电子热导率;最终,Mg_1.92Li_0.08Ge_0.4Sn_0.525Si_0.075的ZT最大值在723 K达到0.75。     

热处理对99.5Ge_(23)Se_(67)Sb_(10)-0.5CsCl玻璃组织和性能的影响

文中运用热处理的方法来提高99.5Ge23Se67Sb10-0.5CsCl红外玻璃的力学性能.采用XRD、SEM、FTIR和显微硬度计研究了热处理对99.5Ge23Se67Sb10-0.5CsCl玻璃组织和性能的影响.研究结果发现:当保温温度低于310℃时,随着保温时间的延长,99.5Ge23Se67Sb10-0.5CsCl材料析晶数目增多而尺寸变小,材料组织细化;红外透过率缓慢降低而硬度较好.当保温温度等于或高于310℃时,随着保温时间延长,材料内部晶粒粗大,透红外性能急剧变差且硬度变差.当玻璃在290℃下保温40h后,其维氏硬度可达2 121.49MPa,比热处理前提高了20%左右,并且红外透过率在8~12μm波段仍保持在60%以上.     

辛醇接枝碳纳米管复合相变材料的导热性能研究

通过将碳纳米管（CNTs）用混酸进行处理后在其表面以正辛醇（C8H17OH）进行接枝处理,制得接枝C8H17O-CNTs。经红外光谱分析,所得接枝产物出现区别于C8H17OH上的C-O键特征吸收峰,表明接枝成功。在熔融的石蜡（PW）中加入接枝产物并进行搅拌和恒温超声后制得均匀复合物。复合物导热系数的测量结果表明,随温度的升高纯PW和各个组成的复合物的导热系数基本呈现下降趋势。复合物的导热系数基本随C8H17O-CNTs的含量的增加而增大。其中含质量分数为1.0%C8H17O-CNTs的复合物的导热系数较纯PW的导热系数在各个测量温度都提高了大约0.06 Wm-1K-1。     

Thermal conductivity measurements on xonotlite-type calcium silicate by the transient hot-strip method

The experimental results of the thermal conductivities of xonotlite-type calcium silicate insulation materials were presented at different temperatures and pressures.Two appropriative surroundings,i.e.an elevated temperature surrounding from ambient temperature to 1450 K and a vacuum surrounding from atmosphere pressure to 10-3 Pa,were designed for the transient hot-strip (THS) method.The thermal conduetivities of xonotlite-type calcium silicate with four densities from ambient temperature to 1000 K and 0.045 Pa to atmospheric pressure were measured.The results show that the thermal conductivity of xunotlite-type calcium silicate decreases apparently with the fall of density,and decreases apparently with the drop of pressure,and reaches the least value at about 100 Pa.The thermal conductivity of xonotlite-type calcium silicate increases almost linearly with T3,and increases more abundantly with low density than with high density.The thermal conductivity measurement uncertainty is estimated to be approximately 3% at ambient temperature,and 6% at 800 K.